CN209980000U - 一种新型透射式波长转换装置及其光源结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型透射式波长转换装置及其光源结构，涉及光学技术领域，该波长转换装置包括透明基板和、导热基板以及设置在透明基板上的用于将激发光转换为受激光波长转换层，所述导热基板包括外基板和内基板；所述外基板与所述内基板之间有间隙；所述透明基板搭设在所述导热基板的外基板与内基板之上；或者，所述透明基板部分镶嵌或者全部镶嵌在所述导热基板的外基板与内基板上。这样波长转换层产生的热量能够通过透明基板传导至外基板和内基板，通过外基板和内基板共同向外散发热量，与现有技术中直接通过透明基板散热相比，提高了波长转换层的散热性能，从而提高了应用该波长转换装置的激光荧光光源的出光效率。

Description

一种新型透射式波长转换装置及其光源结构

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其是涉及一种新型透射式波长转换装置及其光源结构。

背景技术

随着激光技术越来越成熟，激光荧光光源已逐渐成为显示和照明领域主流光源方案之一，同时随着激光器功率的不断提升和市场竞争的加剧，激光荧光光源在照明或者显示等领域的应用都对激光荧光光源的亮度(散热)和成本提出了严峻的要求。

出于成本的考虑，目前激光荧光光源中主要采用透射式的波长转换装置，也即激发光入射到波长转换装置上，被波长转换材料转换成受激光，受激光沿激发光的同方向出光。因激发光和受激光均沿同光路出光，激发光需透过波长转换装置的基板，由此决定了基板必须具有高透光性。然而现有材料中可以用来做承载波长转换材料的基板且具有透光性能的材料均不具有良好的导热性，故波长转换材料的散热较差；由于高温会影响波长转换材料的转换效率，因此激光荧光光源的出光效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型透射式波长转换装置及其光源结构，以提高波长转换材料的散热性能，从而提高激光荧光光源的出光效率。

一种新型透射式波长转换装置及其光源结构，包括透明基板、导热基板以及设置在透明基板上的用于将激发光转换为受激光波长转换层，所述导热基板包括外基板和内基板；所述外基板与所述内基板之间有间隙；

所述透明基板搭设在所述导热基板的外基板与内基板之上；或者，所述透明基板部分镶嵌或者全部镶嵌在所述导热基板的外基板与内基板上；

所述波长转换装置还包括与所述导热基板连接的用于带动所述导热基板运转的驱动装置。

在本实用新型的一种实施方式中，所述透明基板的材质包括陶瓷、蓝宝石、石英石和/或玻璃中的一种或多种。所述波长转换层由有机胶粘合波长转换材料制成或由无机胶粘合波长转换材料制成。

在本实用新型的一种实施方式中，所述透明基板与所述波长转换层之间有用于透射激发光并反射受激光的镀膜层。

在本实用新型的一种实施方式中，所述镀膜层包括第一膜层、第二膜层或第三膜层；其中，所述第一膜层用于透射位于所述激发光对应的第一光谱波段的光，并反射位于所述受激光对应的第二光谱波段的光；所述第二膜层用于透射位于所述第一光谱波段且入射角小于或等于设定的角度阈值的光，并反射位于所述第二光谱波段或入射角大于所述角度阈值的光；所述第三膜层用于透射与所述激发光的偏振方向一致的光，并反射与所述激发光的偏振方向不同的光。

在本实用新型的一种实施方式中，所述波长转换层与所述镀膜层之间有用于对所述激发光进行光斑能量的均匀化的扩散层。

在本实用新型的一种实施方式中，所述透明基板与所述波长转换层构成一体成型的波长转换片，所述波长转换片包括波长转换陶瓷片和/或波长转换玻璃片。

在本实用新型的一种实施方式中，所述波长转换片的入光侧有用于透射所述激发光并反射受激光镀膜层。

在本实用新型的一种实施方式中，所述导热基板上设置有散热结构，所述散热结构的形状包括涡轮扇叶状；所述散热结构设置在所述内基板的靠近所述波长转换层的一侧。

在本实用新型的一种实施方式中，所述外基板与所述内基板之间的间隙和所述透明基板的尺寸均大于所述激发光照射在所述透明基板上的尺寸；所述透明基板的尺寸还大于或等于所述外基板与所述内基板之间的间隙。

在本实用新型的一种实施方式中，所述导热基板的材质包括铝、铜、镁铝合金、氮化铝和碳化硅中的一种或多种。

在本实用新型的一种实施方式中，所述透明基板与所述导热基板焊接或采用导热胶连接；所述透明基板的厚度的取值范围为0.1mm-2mm。

本实用新型实施例还提供了一种激光荧光光源，包括上述的波长转换装置。

本实用新型实施例还提供了一种投影设备，包括上述的激光荧光光源。

本实用新型实施例提供的波长转换装置、激光荧光光源及投影设备中，该波长转换装置包括透明基板和导热基板，导热基板包括固定在透明基板两侧的外基板和内基板；透明基板上设置有波长转换层，波长转换层用于将激发光转换为受激光。这样波长转换层产生的热量能够通过透明基板传导至外基板和内基板，通过外基板和内基板共同向外散发热量，与现有技术中直接通过透明基板散热相比，提高了波长转换层的散热性能，从而提高了应用该波长转换装置的激光荧光光源的出光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种新型透射式波长转换装置的主视图；

图2为本实用新型实施例提供的一种新型透射式波长转换装置的后视图；

图3为本实用新型实施例提供的一种新型透射式波长转换装置的侧视图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种新型透射式波长转换装置的侧视图；

图5为本实用新型实施例提供的一种新型透射式波长转换装置的局部区域的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种新型透射式波长转换装置的局部区域的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种激光荧光光源的结构示意图。

图标：100-波长转换片；101-透明基板；102-外基板；103-内基板；104-波长转换层；105-散热结构；106-电机；107-镀膜层；108-扩散层；201-激光器；202-聚焦元件；203-波长转换装置。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前透射式的波长转换装置中波长转换材料的散热较差，波长转换材料的转换效率较低，基于此，本实用新型实施例提供的一种新型透射式波长转换装置，可以提高波长转换材料的散热性能。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种新型透射式波长转换装置进行详细介绍。

参见图1和图2，该波长转换装置包括透明基板101和导热基板，导热基板包括固定在透明基板101两侧的外基板102和内基板103；透明基板101上设置有波长转换层104，波长转换层104用于将激发光转换为受激光。

上述波长转换层104内设置有波长转换材料，例如荧光粉，因此波长转换层104能够对照射到其上的激发光进行波长转换，得到受激光(受激发光)。透明基板101采用透明材料制成，这样可以实现激发光和受激光的同方向输出，使得应用该波长转换装置的激光荧光光源的结构比较简单，从而使得该激光荧光光源的体积较小，成本较低。

上述波长转换装置的工作原理如下：波长转换层104在波长转换过程中会产生的热量，这些热量经透明基板101传到至透明基板101两侧的外基板102和内基板103，并通过外基板102和内基板103共同向外散发。由于包括外基板102和内基板103的导热基板通常具有较高的导热率(高于透明基板101的导热率)，且外基板102和内基板103分别从透明基板101的两侧进行散热，因此与现有技术中直接通过透明基板散热相比，本实施例提供的波长转换装置的散热效率更高，也即提高了波长转换层的散热性能，从而提高了应用该波长转换装置的激光荧光光源的出光效率。另外，相比于单块导热基板，采用外基板102加内基板103方式的导热基板可以更好的固定透明基板101。

可选地，上述透明基板101的厚度的取值范围可以为0.1mm-2mm，透明基板101的尺寸大于或等于外基板102与内基板103之间的间距，外基板102与内基板103之间的间隙大于激发光照射在透明基板101上的尺寸，且透明基板101的尺寸大于激发光照射在透明基板101上的尺寸。这样能够充分利用激发光，以及尽可能得增加透明基板101与导热基板的粘结，从而加强该波长转换装置的导热能力和能量利用率。

可选地，上述透明基板101的厚度的取值范围可以为0.1mm-2mm。透明基板101的材质优选导热率相对较高的材料，例如透明基板101的材质包括陶瓷、玻璃和蓝宝石中的一种或多种。

可选地，上述导热基板的材质包括导热率均大于设定导热阈值的金属、合金和化合物中的一种或多种。其中，设定导热阈值可以根据实际需求设置，例如设定导热率阈值为20W/m·K。例如，导热基板的材质包括铝、铜、镁铝合金、氮化铝和碳化硅中的一种或多种。

可选地，上述透明基板101与导热基板焊接或采用导热胶连接。其中，焊接方式产生的热阻较小，导热效果较好；导热胶具有较好的导热性，与其他胶水相比，导热效果更好。这样可以使波长转换层104的热量快速传导至导热基板，也即提高透明基板101向导热基板的导热效率，从而进一步提高波长转换层的散热性能。

可选地，如图2所示，上述波长转换装置还包括与导热基板连接的电机106，电机106用于带动导热基板运转，从而实现波长转换层104的高速转动。优选地，电机106与内基板103连接，电机106设置在内基板103的远离波长转换层104所在的一侧。

在一种可能的实现方式中，如图1和图2所示，上述波长转换装置整体呈圆盘状，其中，透明基板101和外基板102均呈圆环状，内基板103可以呈圆环状或圆盘状，并且透明基板101、外基板102和内基板103三者的圆心位置相同。

本实用新型实施例中，该波长转换装置包括透明基板和导热基板，导热基板包括固定在透明基板两侧的外基板和内基板；透明基板上设置有波长转换层，波长转换层用于将激发光转换为受激光。这样波长转换层产生的热量能够通过透明基板传导至外基板和内基板，通过外基板和内基板共同向外散发热量，与现有技术中直接通过透明基板散热相比，提高了波长转换层的散热性能，从而提高了应用该波长转换装置的激光荧光光源的出光效率。另外，包括外基板和内基板的导热基板可以更好的固定透明基板。

为了加强导热基板的散热性能，可选地，如图1所示，上述导热基板上设置有散热结构105。散热结构105可以但不限于设置在内基板103上。

可选地，如图1所示，上述散热结构105的形状可以为涡轮扇叶状，散热结构105的材质可以为铝。优选地，如图1所示，散热结构105设置在内基板103的靠近波长转换层104的一侧。涡轮扇叶状的散热结构105在转动时会形成气流，形成的气流可以作用于波长转换层104，以快速带走波长转换层104产生的热量。

为了便于理解，本实用新型实施例提供了两种波长转换装置的具体结构，下面将分别参照图3和图4对这两种波长转换装置的具体结构进行说明。

参见图3所示的一种波长转换装置的侧视图，该波长转换装置中，波长转换层104设置在透明基板101上，透明基板101架设在外基板102和内基板103同一侧，且透明基板101的下表面与外基板102的上表面和内基板103的上表面均齐平。这种波长转换装置结构简单，制造方便。

参见图4所示的另一种波长转换装置的侧视图，该波长转换装置中，波长转换层104设置在透明基板101上，透明基板101内嵌在导热基板中，使得透明基板101的至少2个表面与导热基板接触。这样透明基板101与导热基板的接触面积较大，导热效果较好。

在一种可能的实现方式中，如图4所示，外基板102的侧面呈L形，内基板103的侧面呈凸字形，这样透明基板101内嵌在外基板102和内基板103之间时，透明基板101的下表面、左侧面和右侧面均与导热基板接触，导热效果较好，且透明基板101的位置固定的比较准确。优选地，透明基板101、外基板102和内基板103三者的上表面与波长转换层104的下表面齐平。

在另一种可能的实现方式中，外基板102的侧面呈C形，内基板103的侧面呈工字形，这样透明基板101内嵌在外基板102和内基板103之间时，透明基板101的上表面、下表面、左侧面和右侧面均与导热基板接触，导热效果更好，且透明基板101的位置固定的更加准确。

在一些可能的实施例中，参见图5所示的一种波长转换装置的局部区域的结构示意图，上述波长转换层104由有机胶粘合波长转换材料制成或由无机胶粘合波长转换材料制成，激发光从透明基板101一侧入射，透明基板101与波长转换层104之间设置有镀膜层107；镀膜层107用于透射激发光并反射受激光。这样未被波长转换层104转换的部分激发光在被反射回镀膜层107时，会被镀膜层107再次反射至波长转换层104，从而能够提高波长转换层104的光波长转换效率，也即提高受激光的出光效率。

在一种可能的实现方式中，上述镀膜层107可以为第一膜层，第一膜层用于透射位于激发光对应的第一光谱波段的光，并反射位于受激光对应的第二光谱波段的光。第一光谱波段为激发光所属的光谱波段，第二光谱波段为受激光所属的光谱波段，例如，激发光为蓝光，第一光谱波段为440-470nm；受激光为绿光，第二光谱波段为518-532nm。

在另一种可能的实现方式中，上述镀膜层107可以为第二膜层，第二膜层用于透射位于上述第一光谱波段且入射角小于或等于设定的角度阈值的光，并反射位于上述第二光谱波段或入射角大于该角度阈值的光。其中，该角度阈值为镀膜层107的临界角度值，该角度阈值与镀膜层107的结构有关，可以根据实际需求选取该角度阈值，例如该角度阈值的范围为1°至30°。

在又一种可能的实现方式中，激发光为偏振光，上述镀膜层107可以为第三膜层，第三膜层用于透射与激发光的偏振方向一致的光，并反射与激发光的偏振方向不同的光。由于波长转换层104产生的受激光的偏振方向是杂乱无章的，因此镀膜层107可以较好地实现对激发光的透射，和对受激光的反射。优选地，镀膜层107用于透射与激发光的偏振方向相同的光，这样可以最大化地实现激发光的透射，防止其他光的透射。

可选地，为了进一步提高波长转换层104的光波长转换效率，波长转换层104与镀膜层107之间设置有扩散层108，扩散层108用于对激发光进行光斑能量的均匀化。通过扩散层108均匀激发光的光斑能量，可以进一步提高波长转换层104的光波长转换效率。

在另一些可能的实施例中，参见图6所示的另一种波长转换装置的局部区域的结构示意图，上述透明基板与波长转换层构成一体成型的波长转换片100，波长转换片100包括波长转换陶瓷片和/或波长转换玻璃片；波长转换片100的入光侧设置有镀膜层107，镀膜层107用于透射激发光并反射受激光。其中，波长转换陶瓷片又称荧光陶瓷片(陶瓷荧光片)，波长转换玻璃片又称荧光玻璃片(玻璃荧光片)。此处的镀膜层107与图5中的镀膜层107相同，具体可以参见前述实施例的相应内容，这里不再赘述。

本实用新型实施例还提供了一种激光荧光光源，参见图7所示的一种激光荧光光源的结构示意图，该激光荧光光源包括在沿光的传播方向上依次设置的激光器201、聚焦元件202和如前述实施例所述的波长转换装置203。

具体地，上述激光器201可以但不限于采用蓝光激光器、紫外激光器或紫光激光器。聚焦元件202可以为单个透镜，也可以为由多个透镜构成的透镜组，聚焦元件202用于将激光器201发出的激发光聚焦至波长转换装置203的波长转换层。波长转换装置203用于将激发光转换为受激光，并透射该受激光。

本实施例所提供的激光荧光光源，其实现原理及产生的技术效果和前述波长转换装置实施例相同，为简要描述，激光荧光光源实施例部分未提及之处，可参考前述波长转换装置实施例中相应内容。

本实用新型实施例还提供了一种投影设备，该投影设备包括上述的激光荧光光源。

本实施例所提供的投影设备，其实现原理及产生的技术效果和前述波长转换装置实施例相同，为简要描述，投影设备实施例部分未提及之处，可参考前述波长转换装置实施例中相应内容。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型透射式波长转换装置，其特征在于，包括透明基板、导热基板以及设置在透明基板上的用于将激发光转换为受激光波长转换层，所述导热基板包括外基板和内基板；所述外基板与所述内基板之间有间隙；

所述透明基板搭设在所述导热基板的外基板与内基板之上；或者，所述透明基板部分镶嵌或者全部镶嵌在所述导热基板的外基板与内基板中；

所述波长转换装置还包括与所述导热基板连接的用于带动所述导热基板运转的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述透明基板的材质包括陶瓷、蓝宝石、石英石和/或玻璃中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述透明基板与所述波长转换层之间有用于透射激发光并反射受激光的镀膜层。

4.根据权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于，所述镀膜层包括第一膜层、第二膜层或第三膜层；其中，所述第一膜层用于透射位于所述激发光对应的第一光谱波段的光，并反射位于所述受激光对应的第二光谱波段的光；所述第二膜层用于透射位于所述第一光谱波段且入射角小于或等于设定的角度阈值的光，并反射位于所述第二光谱波段或入射角大于所述角度阈值的光；所述第三膜层用于透射与所述激发光的偏振方向一致的光，并反射与所述激发光的偏振方向不同的光。

5.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换层与所述镀膜层之间有用于对所述激发光进行光斑能量的均匀化的扩散层。

6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述透明基板与所述波长转换层构成一体成型的波长转换片，所述波长转换片包括波长转换陶瓷片和/或波长转换玻璃片。

7.根据权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换片的入光侧有用于透射所述激发光并反射受激光镀膜层。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述导热基板上设置有散热结构，所述散热结构的形状包括涡轮扇叶状；所述散热结构设置在所述内基板的靠近所述波长转换层的一侧。

9.一种激光荧光光源，其特征在于，包括权利要求8所述的波长转换装置。

10.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求9所述的激光荧光光源。

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